新型漂浮式垂直轴风力发电机平台的动态响应分析

针对一种功率为50 kW的H型垂直轴风力机,为解决传统半潜式平台垂荡响应大的问题,设计一种安装垂荡架的半潜式风力机平台。考虑风、流及波浪载荷的综合作用,采用绕射/辐射理论和水动力分析方法,对传统平台和垂荡架平台的运动进行数值模拟,结合正交设计方法研究外浮筒数目、垂荡架安装位置、垂荡架形状对平台运动响应的影响。结果表明,在频域分析中,与传统平台相比,垂荡架平台在垂荡、纵荡、纵摇3个方向上的响应极值均有明显降低,垂荡响应极值减小10.4%;时域耦合分析结果与频域分析规律相同,垂荡架平台在垂荡、纵荡、纵摇3个方向上的响应极值、标准差均比传统平台降低,表明安装垂荡架后平台的稳定性更好;正交试验结果表明,对半潜式垂荡架平台垂荡时域RAO极值影响最大的因素是外浮筒的数目,其次是垂荡架布置位置,影响最小的是垂荡架的形状。     

基于AQWA的波浪能发电装置主浮体水动力特性研究

利用水动力计算软件AQWA对双浮体式振荡浮子波浪能发电装置主浮体进行仿真分析,对不同尺寸垂荡板的主浮体进行建模仿真,并就各自RAOs、激振力、附加阻尼和附加质量进行频域分析。结果表明,在波浪频率低于0.3 Hz时,垂荡板尺寸对其影响尤为明显;当波浪频率分别大于0.2 Hz、0.36 Hz和0.35 Hz时,垂荡板尺寸分别对RAOs、激振力和附加阻尼失去影响;对于同一吃水线、不同垂荡板尺寸的主浮体,波浪频率对其附加质量有较大影响,且垂荡板尺寸越大影响越严重。     

一种新型立柱式平台(Spar)的垂荡板设计

SPAR平台大多需要满足干式井口作业要求,对平台的垂荡性能要求较高。为降低平台的垂荡运动响应,通常在SPAR平台的桁架段设置垂荡板以增加垂荡阻尼和附加质量。以某新型立柱式平台(SPAR)为研究对象,对不同间距设置和型式的垂荡板进行性能分析,确定了平台的垂荡板的最终设计方案。     

海洋平台垂荡作用下立管的非线性涡激振动特性研究

立管是海洋工程中常用的一种典型细长体结构物，研究立管在海洋平台垂荡和内外流体共同作用下的非线性动力学特性具有重要的学术意义和应用价值。本文采用Hamilton原理和Galerkin方法建立了顶张力立管的二维非线性动力学模型，将平台垂荡运动模拟为随时间变化的顶端张力，研究海洋平台运动和立管非线性涡激振动的耦合位移响应。研究结果显示，增加顶张力可以改变结构的固有频率，在可变张力作用下，立管的位移响应在相邻模态之间可以相互转换。通过与已有实验数据进行对比，验证了本文分析方法和数值计算结果的合理性。本文研究结果可为海洋立管的非线性涡激振动分析提供理论参考。     

新型S-Spar概念设计及时域动力响应分析（英文）

本文概念性地提出了新型Spar平台S-Spar用于深水和超深水海洋油气开发。S-Spar连接软舱和硬舱的是和中央井同尺寸的圆形立柱。有别于传统的经典Spar和Truss Spar,S-Spar有一个细长的中间段,垂荡板安装在中间段增加垂荡阻尼的同时,封闭的中段可以保护立管免受波流荷载。文中介绍了S-Spar的基本概念,进行了频域和时域耦合动力响应分析,并进行了S-Spar连接的顶张式立管的动力响应和VIV疲劳分析,将计算结果和Truss Spar的计算结果相比较,结果显示新型S-Spar能改善平台的水动力性能,同时封闭的中央井对立管起到很好的保护作用。     

深水半潜式平台钢悬链立管提升过程模拟分析

针对国内首个半潜式生产平台的钢悬链立管（steel catenary riser,SCR）的安装过程进行研究，给出了适用于半潜式平台的SCR张力转移、提升和就位方案。结合浮式平台和立管布置特点，给出立管提升系统锚链下放点初步位置，并用数值方法对SCR张力转移、提升和就位过程进行模拟。在空管和注水两种工况下给出了SCR顶部张力、立管与旁通最小净距以及立管顶部的倾角，进一步验证了论文提出的安装方案的可行性，同时给出了立管提升系统需要的最大张力，为保障海上施工现场安全提供技术支持。     

Spar平台垂荡板受迫振荡水动力特性研究

首先针对圆形实板以及不同透空率下垂荡板作受迫正弦振荡的水动力特性进行了数值模拟研究,得到垂荡板作正弦振荡的阻力和附加质量系数,进而分析得出透空率对垂荡板阻尼及附加质量的影响规律;其次比较了相同透空率情况下不同小孔数目对垂荡板水动力特性的影响,并比较了不同形状垂荡板的水动力特性;最后还对双板之间的间距进行了优化计算.在此基础上综合考虑垂荡板受迫振荡水动力特性,为深水Spar平台的垂荡板优化设计提供技术指导,使其能够有效地改善Spar平台的垂荡运动性能.     

缓波型柔性立管构型优化及敏感性分析

针对缓波型柔性立管存在的波型较陡和浮子段张力较大的问题,对其进行优化,将单波构型优化为双波构型,运用集中质量法对改进前后的2种结构形式进行分析,确认双波构型在静力和动力响应下的张力及弯曲特性更优。在此基础上,对双波型柔性立管进行敏感性分析。在静力状态下,悬挂点和第2段浮子段末端对浮子段间隔和浮子段长度敏感;在动力响应下,悬挂段到第1段浮子段的张力变化和最小弯曲半径对浮子段间隔和大悬挂角非常敏感。研究得到的敏感性参数结论可作为缓波型柔性立管总体布置设计的参考。为提升缓波型柔性立管的性能,可合理增加浮子段与浮子段的间隔和悬挂角,但同时要满足规范的要求,避免关键部位动力响应过大。     

抑制半潜式平台垂荡响应的方法研究

对抑制半潜式平台垂荡响应提出了两种解决方案。在没有系缆力作用的情况下,借助于吃水深度对垂荡响应幅值影响的理论研究,利用SESAM/HydroD软件进行数值计算,得到吃水深度增加对平台垂荡幅值的抑制规律。在有系缆力作用的情况下,考虑采用配置质量块的方法降低平台垂荡响应。用SESAM/DeepC软件进行时域分析,得到质量块抑制平台垂荡的规律。结果表明,两种方法对垂荡响应均有比较有效的抑制作用。     

张力腿平台二阶波浪力作用下运动响应分析

以延伸式张力腿平台为例,采用时域耦合分析法研究二阶波浪力对船体以及张力腿、立管的影响.在频域下计算船体结构一阶与二阶波浪力的传递函数,进而在Deepc中模拟海域的波流条件,考虑低频和高频波浪的影响,得到张力腿平台的动力响应和张力腿、立管的动张力值,并与线性的计算结果进行比较,认为在确定张力腿平台锚链的极限承载力和疲劳寿命时,应考虑高频二阶波浪力的影响.     

TLP平台垂荡运动对立管疲劳寿命的影响

针对海洋平台与立管接头的非线性特征,就TLP平台的一阶与二阶垂荡运动及其对立管上端点耦合产生位移,在考虑平均应力影响的基础上,基于DNV,ABS与UK等船级社规范提供的S-N曲线,讨论立管的疲劳问题.采用Goodman模型与Gerber模型进行有效循环应力分析与对比.从4种非线性接头对于立管上端点的动应力影响来看,接头节点的非线性特征,对立管应力影响较大.考虑平均应力影响,从2个模型(Goodman和Gerber)的比较来看,Goodman模型考虑平均应力影响相对保守;从平台的一阶、二阶垂荡对立管上端点的影响来看,一阶垂荡过程中,最大应力点在触地点,二阶垂荡最大应力点为立管上端点;从疲劳损失程度来看,二阶垂荡运动对疲劳寿命影响较大;从3个船级社的S-N曲线来看,DNV的S-N曲线偏于保守,ABS的其次,UK的S-N曲线得出的疲劳寿命最长.     

考虑粘滞阻尼的Truss Spar频域响应分析

联合势流理论与修改的Morison方程,建立波浪作用下的Truss Spar平台运动响应计算模型。波浪激振力与相关水动力信息采用高阶边界元计算方法获得。通过数值模拟得到Truss Spar平台纵荡、垂荡和纵摇RAO,针对Morison阻力系数对响应的影响进行参数分析。计算结果显示,纵荡和纵摇仅在低频部分对阻力系数敏感。因此平台在遭受二阶波浪慢漂力作用时,粘滞阻尼将起到重要作用。对于垂荡方向,由于Truss Spar安装的垂荡板提供了较大的竖向粘滞阻尼,因此垂荡RAO受阻力系数的影响较大。     

深海立管系统参数激励试验模拟装置设计

深海海洋立管在海洋环境中，受到各种不同的破坏作用，其中以海水流动引起的涡激振动和平台垂荡产生的参数振动最为明显而备受关注。而对立管的作用更为复杂的是参激—涡激联合振动。为了便于对参数振动进行研究，以及参激—涡激联合振动的研究得以展开，设计了海洋立管参数激励装置。通过PLC控制两台双轴的步进电机分别来模拟平台的垂荡和海水流过立管的相对运动；通过改变装置上主动杆和从动杆的连接部位而调节平台的垂荡振幅。编写了PLC控制程序，绘制了控制部分硬件接线图。基本实现了平台的垂荡频率在0.4 rad/s～1.6rad/s，振幅在0～2m之间；海水的海面流速在0.1 m/s～1m/s，满足实验条件。     

一种新型深水多功能干树半潜平台水动力性能试验和数值研究（英文）

针对南海深远海油气田开发提出一种含有垂荡板的新型深水多功能干树半潜平台构型。与其他新型干树半潜平台相比,该新型平台采用张力腿和柔性接头的方式解决了主船体与垂荡板的连接问题。本文对该新型平台在不同海况下的水动力性能进行了试验和数值研究,数值结果与试验结果较好的吻合度证明了所采用的数值方法的正确性。随后,本文开展了一系列的敏感性分析进一步研究影响平台各项性能的因素。试验和数值研究发现：该新型平台具有优越的垂荡运动性能,可满足干式采油树的使用要求,系泊刚度、系泊长度、谱峰周期和谱峰因子均能影响平台的各项性能。     

深海立管系统参数激励试验模拟装置设计

为了便于对深海立管系统参数振动进行研究,以及涡激-参激联合振动的研究得以展开,设计海洋立管参数激励装置。通过PLC控制2台双轴步进电机分别来模拟平台的垂荡和海水流过立管的相对运动,通过改变装置上主动杆和从动杆的连接部位来调节平台的垂荡振幅,绘制装置模型图、PLC控制流程图、I/O分配表、硬件接线图和装置逻辑图,基本实现平台的升沉频率为0.4 rad/s~1.6 rad/s,深沉幅度为0 m~2 m,海水的海面流速为0.1 m/s~1 m/s,满足试验条件。     

深海新型浮式生产钻井储油系统运动分析

采用双系统耦合的势流理论分析浮式生产钻井储油系统(FPDSO)及其隐藏式立管浮箱(SRV)在频域情况下的运动特性。计算一阶力(力矩)以及一阶运动响应,并分别将理论得到的垂荡、纵摇和横摇运动的一阶运动响应函数以及统计值与相应的试验结果进行比较。结果表明:理论值与试验结果吻合较好;SRV的垂荡运动大大减小,更有利于深海钻井作业的实施。     

新型深水干树半潜平台水动力性能数值研究

论文以中海油研究总院研发的新型深水干树半潜平台为研究对象,在频域和时域上分析完整工况和破损工况下平台的运动性能、系泊系统性能和张力腿连接构件性能,并与相同主尺度的传统半潜式平台进行比较.研究表明,下浮箱能够增大平台的附加质量,从而使平台具有良好的垂荡运动性能,可支持干式采油树.此外,单根系泊缆断裂会对平台整体性能产生较...     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响。借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟。通过与试验结果对比验证了该方法的可行性。同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤。研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注。     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响.借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟.通过与试验结果对比验证了该方法的可行性.同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤.研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注.     

不同随机波影响因子下张力腿平台动力响应

采用时域耦合法对某传统式张力腿平台进行非线性动力响应研究,重点讨论不同随机波有义波高、谱峰周期和入射波方向对张力腿平台各自由度运动响应和顶端张力的影响。结果显示,本文各工况各自由度最大位移均满足设计要求。纵荡、垂荡和首摇运动幅值对有义波高较为敏感;平面内运动对谱峰周期较敏感,而谱峰周期对平面外运动影响不大;平面内运动对入射波角度较敏感。纵荡和首摇为低频运动,垂荡和纵摇为高频运动,其中垂荡与纵荡相耦合;由于高频载荷引起平台升沉、横摇和纵摇运动,而这3种运动又作用于张力腿轴向振荡,从而使得张力腿顶端张力表现为高频响应。